2.2法拉第电磁感应定律 学案(含答案)
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1、第第 2 2 节节 法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律 核 心 素 养 目 标 物理观念 了解感应电动势的概念,知道电路中电流的作用。 科学思维 1.能通过比较,区分 , t ,正确理解法拉第电磁感应 定律的意义,并会运用进行有关计算。 2.推导公式 EBlv, 并理解 EBlv 和 En t 的区别与联系。 科学态度与责任 能够运用电磁感应规律解决生产、生活中的实际问题。 知识点一 电磁感应定律 观图助学 在右图中,将条形磁铁从同一高度插入线圈中,快速插入和缓慢插入有什么 相同和不同? 1.感应电动势 在电磁感应现象中产生的电动势,叫作感应电动势。产生感应电动势的那部 分导体相当于电源。
2、2.法拉第电磁感应定律 (1)内容:闭合电路中感应电动势的大小,跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比。 (2)表达式:En t 。 (3)单位:在国际单位制中,电动势的单位是伏(V)。 思考判断 (1)线圈中磁通量越大,线圈中产生的感应电动势一定越大。() (2)线圈中磁通量的变化量 越大,线圈中产生的感应电动势一定越大。() (3)线圈放在磁场越强的位置,线圈中产生的感应电动势一定越大。 () (4)线圈中磁通量变化越快,线圈中产生的感应电动势一定越大。() 磁通量变化相同,但磁通量变化的快慢不同,故电流表的示数不同,快速插入时,电流表指针 偏转角度较大,感应电流较大。 1.产生感应电流的条
3、件:(1)电路闭合;(2)磁通量发生变化。二者缺一不可。 2.产生感应电动势的条件:磁通量发生变化或导体切割磁感线。 知识点二 导线切割磁感线时的感应电动势 观图助学 如图所示, 闭合电路中的一部分导体 ab 处于匀强磁场中, 磁感应强度为 B, 两平行导轨的间距为 l,导体 ab 以速度 v 匀速切割磁感线,其中 B、l、v 两两垂直。 在 t 时间内,线框的面积变化量 Slvt,则回路中的磁通量变化量 BSBlvt。 由法拉第电磁感应定律得 E t Blvt t Blv。 1.当磁场方向、导体、导体运动方向三者两两垂直时,EBlv。 2.若导体与磁场方向垂直,导体运动方向与导体本身垂直,但
4、与磁场方向的 夹角为 时,如图所示,则 EBlv1Blvsin_。 思维拓展 如图所示的情况中,金属导体中产生的感应电动势为 Blv 的是_。 答案 甲、乙、丁 EBlv 仅适用于导体垂直切割磁感线的情况,此时,B、l、v 三者两两垂直。 当 90 时,即 vB,EBlv。 当 0 或 180 时,即 vB,E0。 核心要点 法拉第电磁感应定律的理解与应用 要点归纳 1.对感应电动势的理解 (1)感应电动势的大小由穿过电路的磁通量的变化率 t 和线圈的匝数 n 共同决定,而与磁通量 、磁通量的变化量 的大小没有必然联系,和电路的电阻 R 无关。 (2)磁通量的变化常由 B 的变化或 S 的变化
5、引起。 当 仅由 B 的变化引起时,EnSB t 。 当 仅由 S 的变化引起时,EnBS t。 (3)En t 计算的是 t 时间内平均感应电动势,其中 n 为线圈匝数, 取绝对值。当 t0 时,En t 的值才等于瞬时感应电动势。 2.在 t 图像中,磁通量的变化率 t 是图像上某点切线的斜率。 试题案例 例 1 将闭合多匝线圈置于仅随时间变化的磁场中,线圈平面与磁场方向垂直,关于线圈中产 生的感应电动势和感应电流,下列表述正确的是( ) A.感应电动势的大小与线圈的匝数无关 B.穿过线圈的磁通量越大,感应电动势越大 C.穿过线圈的磁通量变化越快,感应电动势越大 D.感应电流产生的磁场方向
6、与原磁场方向始终相同 解析 由 En t ,感应电动势的大小与线圈的匝数及磁通量的变化率有关,匝数越多,磁通 量变化越快,感应电动势就越大。若磁场的磁感应强度在减小,则感应电流的磁场方向与原磁 场方向相同;若磁场的磁感应强度在增大,则感应电流的磁场方向与原磁场方向相反。 答案 C 特别提醒 感应电动势的大小与磁通量的变化率成正比,与磁通量、磁通量的变化量没有必然联系。 例 2 如图所示, 线圈面积 S110 5 m2, 匝数 n100, 两端点连接一电容器, 其电容 C20 F。线圈中磁场的磁感应强度按B t 0.1 T/s 增加,磁场方向垂直 线圈平面向里,那么电容器所带电荷量为多少?电容器
7、的极板 a 带什么种类的电荷? 解析 因磁场在增强,由楞次定律可推知 a 端电势高,即 a 带正电荷,由法拉第电磁感应定律 得 En t nSB t ,故 qC EC nSB t 210 9 C。 答案 210 9 C a 板带正电荷 针对训练 1 如图甲所示的螺线管,匝数 n1 500 匝,横截面积 S20 cm2,方向向右穿过螺 线管的匀强磁场的磁感应强度按图乙所示规律变化。 (1)2 s 内穿过线圈的磁通量的变化量是多少? (2)磁通量的变化率多大? (3)线圈中感应电动势的大小为多少? 解析 (1)磁通量的变化量是由磁感应强度的变化引起的, 则 1B1S, 2B2S, 21, 所以 B
8、S(62)2010 4 Wb8103 Wb (2)磁通量的变化率为 t 810 3 2 Wb/s410 3 Wb/s (3)根据法拉第电磁感应定律得感应电动势的大小 En t 1 500410 3 V6 V 答案 (1)810 3 Wb (2)4103 Wb/s (3)6 V 核心要点 对公式 EBlvsin 的理解与应用 要点归纳 1.对 l 的理解 有效 长度 (1)l 是导线的有效长度,即导线两端点连接后在垂直于 B、v 方向上 的投影长度(图中虚线的长度) (2)长为 l 的导体棒垂直切割磁感线时,其感应电动势 EBlvsin Blv,导体棒的有效长度为 llsin (3)l 是接入回
9、路中的长度 (4)l 是处于磁场中的长度 2.对 v 的理解 (1)公式中的 v 应理解为导体和磁场间的相对速度,当导体不动而磁场运动时,也有感应电动 势产生。 (2)若速度 v 为平均值,E 就为平均感应电动势;若速度 v 为瞬时值,E 就为瞬时感应电动势。 3.导体转动垂直切割磁感线 如图所示,长为 l 的金属棒 ab,绕 b 端在垂直于匀强磁场的平面内以角速度 匀速转动,磁感应强度大小为 B,ab 棒所产生的感应电动势大小可用下面两种 方法推出。 方法一:棒上各处速率不同,故不能直接用公式 EBlv 求,由 vr 可知,棒上各点的线速 度跟半径成正比,故可用棒的中点的速度作为平均切割速度
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